XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение влияния освещения различных цветов на скорость роста и развитие репчатого лука при выращивании на гидропонике в зимний период

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Кондратенко Л.Е. 1

---

1МБОУ СОШ № 158, г. Новосибирск

Афанасьева О.Н. 1

---

1МБОУ СОШ № 158

Работа в формате PDF

4.6 MB

Введение

В современном мире в условиях растущего спроса на свежую зелень круглый год, гидропоника становится все более востребованной, поскольку позволяет получать высокие урожаи независимо от климатических условий и сезона, экономя водные ресурсы и площади. Одной из важнейших сельскохозяйственных культур является лук репчатый - неприхотливое растение, богатое витаминами и фитонцидами, пользуется постоянным спросом у населения. В связи с этим, изучение реакции лука на различные спектры света (синий, зеленый, белый, красный) и сравнение их с эффективностью естественного солнечного света (в зимний период) является актуальной научной и практической задачей. Полученные данные позволят улучшить процесс выращивания зеленого лука в гидропонных установках.

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния светодиодного освещения различных цветов на динамику появления корней, рост и развитие листьев репчатого лука при выращивании на гидропонике в зимний период, а также сравнительный анализ эффективности данных спектров с естественным солнечным освещением.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести анализ научной литературы по вопросам гидропонного выращивания лука и влияния спектрального состава света на физиологию растений.

2. Разработать и собрать экспериментальную гидропонную установку с возможностью использования различных источников света.

3. Оценить скорость роста и время появления листьев и корней.

4. Сравнить полученные результаты и выявить спектры, наиболее и наименее эффективно стимулирующие рост и развитие в данных условиях.

Методы исследования: работа с источниками информации; подбор предметов и объектов исследования; наблюдение; фиксирование результатов; выводы.

Гипотеза: я предполагаю, что спектр света влияет на скорость роста и время появления листьев и корней у репчатого лука.

Практическая значимость: результаты исследования имеют прикладное значение для любителей комнатного растениеводства и владельцев небольших домашних ферм. Работа показывает возможность создания эффективной гидропонной установки из доступных вторичных материалов (упаковки из-под яиц), что снижает затраты и соответствует экологическим принципам. В ходе эксперимента были проверены разные лампы и теперь я знаю, какая из них лучше подходит для выращивания зелени зимой. Полученные результаты помогут сэкономить электричество и всегда иметь свежие витамины на столе, даже когда на улице холодно.

По итогам проведенного исследования сделаны следующие выводы. Полученные результаты эксперимента подтвердили гипотезу о том, что спектр света влияет на скорость роста и время появления листьев и корней у репчатого лука.

Опытным путем установлено, что красный свет помог вырастить самые длинные перья (до 28 см). Под белым светом лук вырос быстро, корней и перьев было много. Под синим светом в начале лук рос медленно, но потом догнал остальных, можно сказать, что цвет важен, чтобы растения были крепкими. Под зеленым светом лук рос плохо. Зимой солнца мало, поэтому под солнечным светом лук рос плохо.

В результате можно сделать вывод, что лучше всего использовать белые или красные лампы. Зеленый свет не подходит, а надеяться только на зимнее солнце нельзя.

Глава 1 Теоретический обзор влияния света на растения и гидропоники

1.1 Гидропоника как метод выращивания растений

Гидропоника - это метод выращивания растений без почвы, при котором корневая система получает все необходимые питательные вещества из водного раствора [2]. На начальных этапах развития гидропоники преобладал метод водной культуры, предполагавший погружение корней непосредственно в питательный раствор. Однако вскоре выяснилось, что такая система не обеспечивает корни достаточным количеством кислорода, что приводило к их быстрому отмиранию. В результате появились новые разновидности метода:

- агрегатопоника — использование твердых инертных субстратов (гравий, керамзит, песок, щебень);

- хемопоника — применение органических субстратов (торф, древесные опилки, мох);

- ионитопоника — культивирование на ионообменных смолах;

- аэропоника — периодическое опрыскивание корней, свободно размещенных в воздушной среде.

В практике комнатного цветоводства наибольшее распространение получила агрегатопоника, которую чаще всего и подразумевают под термином «гидропоника».

1.2 Влияние спектра света на рост растений

Ученые и даже школьники провели много опытов, чтобы выяснить, какой цвет лучше помогает растениям расти, а какой – хуже. Проанализируем результаты исследований, которые были опубликованы.

Группа ученых под руководством В.Н. Сельмена провела эксперимент с редисом и кресс-салатом [6]. Они использовали лампы разного цвета: специальные фитолампы (они дают розовое свечение, потому что смешивают красный и синий свет), теплые лампы и холодные лампы. В результате было определено, что лучше всего растения росли под фитолампами. На втором месте оказались теплые лампы, а хуже всего растениям было под холодными лампами. Особенность этой работы в том, что ученые использовали настоящую трехъярусную установку, как на настоящей ферме. Но есть и ограничение: опыты проводились только на двух видах растений – редисе и кресс-салате, поэтому неизвестно, как отреагируют на такое освещение другие культуры.

А.А. Бессарабов и И.В. Бумбар изучали салат сорта «Айсберг» [1]. В их эксперименте свет менялся в течение дня – утром давали больше синего света, днем – красного, а вечером добавляли зеленый. Результат оказался отличным: при таком «умном» динамическом освещении салат вырос на 26% больше, чем при обычном красно-синем свете. Кроме того, растения накапливали больше хлорофилла – это зеленый пигмент, который помогает добывать энергию из света. И энергии при этом тратилось на 6% меньше [1]. Особенность этой работы в том, что ученые впервые показали: менять цвет света в разное время суток очень полезно для растений. Но ограничение тоже есть: исследование проводилось только на одном сорте салата, и неизвестно, сработает ли этот метод на других растениях.

Чуб В.В. и Миронова О.Ю. выяснили, как разные цвета света действуют на растения [9]:

- красный свет (600–700 нм) – самый полезный для фотосинтеза, помогает набирать массу;

- синий свет (400–500 нм) – управляет ростом, не дает стеблям вытягиваться;

- зеленый свет (500–600 нм) – проникает глубоко в листья, помогает нижним «этажам» растений;

- дальний красный свет (700–750 нм) – помогает растению понимать, что рядом есть другие растения, и приспосабливаться.

В этой статье дано очень подробное объяснение влияния каждого цвета. Однако это обзорная работа, а не эксперимент с точными цифрами.

Исследование В.Л. Захарова посвящено клубнике: в статье сравнивается, как растет клубника под солнцем и под ультрафиолетовыми лампами [7]. Оказалось, что под искусственным светом клубника зацвела на 10 дней позже, ягоды выросли меньше по размеру. В этом эксперименте использовались только ультрафиолетовые лампы, а другие цвета не проверяли.

Школьница Е. Петровская посадила бархатцы, циннию, астры и микрозелень под разные лампы [5]. Под красно-синей лампой семена взошли на 2-й день, растения выросли темно-зелеными и крепкими. Под белой лампой астры и микрозелень взошли на 4-й день. При высадке в открытый грунт все растения догнали друг друга. Д. Косицын выращивал огурцы под тремя лампами: обычной белой, биколорной (красный и синий цвета) и полноспектральной (красный, синий и белый цвета) [4]. Лучший результат получился у полноспектральной лампы: крепкие стебли, яркие листья. Под биколорной листья были вялыми. Под обычной белой – стебли тонкие и бледные. Однако наблюдения проводились только 10 дней.

А.А. Деньгаева выращивала красную фасоль под синей, фиолетовой, красной и зеленой светодиодными лентами (естественного света не было) [3]. Лучший результат получился у фиолетового цвета (400 нм): взошло 83% семян, самые большие листья. Цвета с короткой волной (фиолетовый, синий) дали больший процент всходов. В данном эксперименте не учитывались урожайность и полезность продуктов.

А.А. Фомичева и Д.Т. Зубкова сравнили обычный и «умный» (искусственный свет и автополив) способы выращивания перцев за 5 месяцев [8]. По высоте растения почти не отличались (216 мм против 213 мм), но у «умного» было 31 лист, а у обычного – 16. Готовая система стоит около 2000 руб., при этом требуется частый долив воды.

Проанализировав статьи, можно сказать, что фитолампы (красный плюс синий свет) работают лучше всего - это подтверждают и серьезные ученые, и школьники. Фиолетовый свет может быть даже лучше красного и синего – в эксперименте с фасолью он дал самый большой процент всходов. Разные растения любят разный свет: то, что хорошо для огурца, может не подойти для астры.

У всех исследований есть свои ограничения, и ученые честно о них говорят. Мы пока точно не знаем, как разный свет влияет на вкус и пользу овощей и фруктов. Мы не знаем, будут ли растения хорошо плодоносить после выращивания под искусственным светом. И мы не знаем, подойдут ли лучшие режимы для одного растения другим растениям.

Все исследователи согласны: цвет света очень важен для растений. Однако каждое растение может «любить» свой собственный свет, поэтому лучший способ – пробовать, наблюдать и делать выводы из собственных опытов.

Глава 2 Практическое исследование влияние света на развитие лука

2.1 Материалы и методы

Эксперимент проводился в осенне-зимний период (с 24.11.25 по 21.12.25) в лабораторных условиях. Продолжительность эксперимента составила 27 дней.

В качестве объекта исследования использовались луковицы репчатого лука сорта неизвестной селекции. Отбор луковиц для эксперимента проводился по следующим критериям:

- диаметр: 3-4 см.;

- отсутствие механических повреждений и признаков заболеваний (гнили, плесени);

- наличие сухих кроющих чешуй. Луковицы перед посадкой не проращивались.

Исследование проводилось на самодельной установке, состоящей из пяти отдельных емкостей, соответствующих пяти вариантам освещения.

В качестве емкостей для выращивания использовались стандартные упаковки из-под куриных яиц категории С0. Каждая такая упаковка представляет собой лоток из полистирола с 30 ячейками конической формы. Выбор данного типа емкостей обусловлен следующими практическими соображениями:

- упаковки являются вторичным материалом, что соответствует экологическим принципам;

- коническая форма ячеек обеспечивает надежную фиксацию луковиц, предотвращая их опрокидывание, при этом донце луковицы свободно свисает в нижнюю часть ячейки;

- материал упаковки позволял наблюдать за начальными этапами роста корней без извлечения растений.

Упаковки из-под яиц предварительно очищались от органических остатков и тщательно промывались проточной водой. Каких-либо дополнительных приспособлений для аэрации корневой системы не применялось, так как условия эксперимента были максимально приближены к пассивной гидропонной культуре (метод «водной культуры» в статичном варианте). Корни растений находились в нижней части ячейки, частично погруженные в воду.

В ходе эксперимента использовалась обычная водопроводная вода из централизованной системы водоснабжения. Вода отстаивалась в открытой емкости в течение 24 часов для дехлорирования перед первым заполнением ячеек.

Принципиальной особенностью данного эксперимента являлось отсутствие каких-либо питательных растворов и удобрений. Растения развивались исключительно за счет:

- запаса питательных веществ, которые есть в самой луковице;

- водопроводной воды, содержащей лишь следы минеральных элементов.

Вода в ячейки добавлялась по мере ее убывания (испарения и потребления растением). Целью было поддержание постоянного контакта донца луковицы с водой. Частота полива варьировала и фиксировалась в журнале наблюдений, например, для красного света отмечен наиболее частый полив - 4 раза за активную фазу, что может косвенно свидетельствовать о более интенсивном потреблении воды активно растущими растениями).

Таким образом, использованная установка представляет собой упрощенную модель гидропонного выращивания, где единственным варьируемым фактором выступает свет, а все остальные условия (вода, температура, генетика луковиц) максимально стандартизированы.

В качестве источников света использовались светодиодные (LED) лампы с узким спектром излучения для четырех экспериментальных групп и естественное освещение для контрольной группы. Лампы располагались непосредственно над каждым ящиком на высоте 20 см от верхушек луковиц. Фотопериод составлял 12 часов свет / 12 часов ночь.

Ящик-1: Синий свет. Использовалась LED лампа с длиной волны в пике 440-450 нм.

Ящик-2: Зеленый свет. Использовалась LED лампа с длиной волны в пике 520-530 нм.

Ящик-3: Белый свет. Использовалась LED лампа холодного белого света с широким спектром (400-700 нм), имитирующим дневной свет.

Ящик-4: Красный свет. Использовалась LED лампа с длиной волны в пике 630-660 нм.

Ящик-5: Солнечный свет (Контроль). Ящик располагался на подоконнике и освещался естественным светом зимнего дня. Интенсивность естественного освещения была заведомо низкой из-за короткого светового дня и облачности.

Интенсивность света для искусственных источников не измерялась, но визуально была подобрана примерно одинаковой.

Начало эксперимента (посадка луковиц в установку) — 24.11.25.

Ежедневно в одно и то же время проводился визуальный осмотр и измерения:

1. Дата появления корней: фиксировался день, когда длина хотя бы одного корня достигала 1-2 мм.

2. Дата появления перьев: фиксировался день, когда зеленое перо пробивалось между кроющими чешуями.

3. Количество корней и перьев: подсчитывалось общее количество корней и зеленых перьев у каждой луковицы.

4. Длина корней и перьев: измерялась максимальная длина (от донца до кончика корня; от шейки луковицы до кончика пера) с помощью линейки с точностью до 1 мм. В случае наличия нескольких органов фиксировался диапазон длин (от минимальной до максимальной).

Все наблюдения заносились в рабочий журнал, а затем систематизированы в сводную таблицу (Приложение 1).

2.2 Результаты и обсуждение

В Приложении 2 показаны фото по дням проведения эксперимента. Анализ данных таблицы 1 показывает, что скорость появления корней существенно зависела от спектрального состава света.

Таблица 1

Старт образования корней

Белый и красный свет стимулировали самое раннее появление корней (на 2-й день). При этом под белым светом сформировалось сразу 4 корня, и к 7-му дню они достигли максимальной длины (до 7 см). Это свидетельствует о высокой эффективности полного спектра для активации меристем донца луковицы.

Под зеленым светом корни появились на день позже (3-й день) и к 7-му дню показали хорошую длину (3 см). Синий и солнечный свет привели к задержке корнеобразования (4-й день) и минимальному развитию корневой системы за первую неделю (0,2-0,4 см). Синий свет, вероятно, направил энергию на активацию фоторецепторов и подготовку к фотосинтезу, а не на быстрый рост корней. Солнечный свет в зимний период оказался слишком слабым для эффективной стимуляции.

Появление первых перьев (таблица 2, рисунок 1) также было неоднородным.

Таблица 2

Старт роста пера

Рисунок 1 Длина первых перьев, см.

Лидером по скорости появления зелени снова стал белый свет, давший три пера уже на 6-й день. Это подтверждает его сбалансированность. Интересно, что солнечный свет, несмотря на слабость, также инициировал появление первого пера на 6-й день, что говорит о достаточности минимального светового сигнала для запуска процесса при наличии запаса питательных веществ в луковице.

Красный и зеленый свет дали первые перья чуть позже (7-й и 8-й день соответственно), а синий - с наибольшим опозданием (10-й день). Это коррелирует с задержкой роста корней под синим светом и подтверждает тезис о том, что синий спектр в чистом виде замедляет растяжение клеток и ориентирует растение на формирование фотосинтетического аппарата, а не на быстрый линейный рост.

Итоговые измерения на 21.12.25 (27-й день) позволили выделить спектры по итоговым результатам (рисунки 2 и 3).

Рисунок 2 Итоговые показатели количества перьев на 27-й день, шт.

Рисунок 3 Итоговые показатели максимальной длины перьев на 27-й день, см.

Красный свет обеспечил формирование самых длинных перьев (28 см). Это полностью соответствует его физиологической роли: активация фитохрома приводит к растяжению клеток, что выражается в максимальном удлинении листовых пластин.

Солнечный свет дал наибольшее количество перьев (9 шт.), но они были самыми короткими (до 18 см). Высокое количество перьев, вероятно, обусловлено сортовыми особенностями луковицы. Низкая интенсивность света заставила растение вкладывать ресурсы в увеличение количества фотосинтезирующих органов (листьев), чтобы компенсировать дефицит энергии, что привело к их слабому росту в длину.

Белый свет показал сбалансированный результат: много перьев (7 шт.) и большая длина (27 см). Это говорит о том, что полный спектр позволяет оптимально распределять ресурсы между процессами деления и растяжения клеток.

При синем свете несмотря на поздний старт, к концу эксперимента количество перьев (8 шт.) и их длина (27,6 см) приблизились к лидерам, что подчеркивает важность синего спектра для нормального развития растения на поздних этапах.

Зеленый свет оказался наименее эффективным: мало перьев (3 шт.) и средняя длина.

На основе итоговой оценки (скорость старта, темпы роста, конечные параметры) был составлен рейтинг эффективности (таблица 3).

Таблица 3

Сводный рейтинг эффективности спектров

Красный свет действительно выступает мощным стимулятором роста стебля и листьев в длину, что делает его критически важным в финальной фазе выращивания для получения большой зеленой массы [4, 6].

Роль синего света как регулятора «компактного» роста и стимулятора развития корневой системы на более поздних этапах также подтвердилась [5].

Наблюдение за зеленым светом подтверждает, что он наименее активен для верхних слоев листа и не может быть единственным источником света для нормального развития растений [7].

Белый свет, как смесь всех спектров, обеспечивает наиболее гармоничное развитие, так как задействует все системы фоторецепторов, что делает его наиболее надежным выбором для универсального применения.

Показатели солнечного света в зимний период служат важным сигналом: без дополнительного освещения в условиях короткого дня и низкой интенсивности естественного света получить хороший результат невозможно.

Заключение

В работе проведено исследование влияния разного цвета света на рост лука гидропонным методом. Гипотеза о том, что спектр лампы важен для скорости появления корней и перьев, полностью подтвердилась.

Главным итогом эксперимента стало то, что не все лампы одинаково полезны для растений:

- красный свет оказал сильное влияние на рост в длину: перья лука выросли до 28 см;

- белый свет показал самый лучший общий результат: корни и первые зеленые перья появились уже на второй день;

– под синим светом в начале лук рос медленно, но к концу опыта догнал по длине перьев белый и красный свет;

- зеленый свет показал малое количество перьев;

- из-за того, что зимой солнце светит слабо и недолго, лук на подоконнике рос хуже, чем под специальными лампами.

Особенностью моей работы было то, что я сделал установку для опыта своими руками из обычных упаковок для яиц, что доказывает, что для выращивания свежей зелени дома не нужны дорогие приборы, можно использовать подручные материалы.

Таким образом, чтобы зимой быстро вырастить лук дома, лучше всего использовать белые или красные лампы. Надеяться только на солнце в холодное время года нельзя, а зеленый свет для этих целей не подходит вовсе.

Список литературы

1. Бессарабов А.А. Оптимизация процессов производства листового салата «Айсберг» с учетом искусственного освещения и гидропонной системы в вертикальных фабриках растений / А. А. Бессарабов, И. В. Бумбар // Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития : материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию Дальневосточного государственного аграрного университета. В 3 т., Благовещенск, 16–17 апреля 2025 года. – Благовещенск: Дальневосточный государственный аграрный университет, 2025. – С. 253-259.

2. Гидропоника: виды и перспективы использования / Д. С. Панов, А. И. Андреева, И. Н. Кравцов, А. А. Леонов // Актуальные научно-технические средства и сельскохозяйственные проблемы : Материалы IX Национальной научно-практической конференции с международным участием, Кемерово, 29 декабря 2022 года. – Кемерово: Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия, 2022. – С. 150-156.

3. Деньгаева А. А. Изучение влияния различных цветов спектра на рост растений / А. А. Деньгаева // Нефть и газ - 2024 : Тезисы докладов 78-ой Международной молодежной научной конференции, Москва, 22–26 апреля 2024 года. – Москва: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2024. – С. 1111-1112.

4. Косицын Д.П. Влияние различных спектров освещения на рост и развитие растений [статья]. URL: https://school-science.ru/27/23/64870?ysclid=mneao9ttxi330782938 (дата обращения 31.03.2026)

5. Петровская Е.М. Влияние разных видов искусственного освещения на растения [статья]. URL: https://school-science.ru/18/1/53442?ysclid=mneaew6zrq850194930 (дата обращения 31.03.2026)

6. Сельмен В. Н. Влияние спектра светодиодных ламп и интенсивности искусственного освещения на образование фитомассы растений / В. Н. Сельмен // Итоги и перспективы развития агропромышленного комплекса : Сборник материалов Международной научно-практической конференции, с. Соленое Займище, 18–19 июля 2018 года / Составители Н.А. Щербакова, А.П. Селиверстова. – с. Соленое Займище: Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия, 2018. – С. 687-695.

7. Сравнительный биохимический состав плодов земляники садовой сорта Азия при естественном и искусственном освещении / В. Л. Захаров, В. А. Гулидова, М. В. Дятлова, Ю. Е. Мамонтова // Вестник КрасГАУ. – 2024. – № 1(202). – С. 70-76.

8. Фомичева А.А. Анализ влияния автоматического полива и искусственного освещения на рост растений / А. А. Фомичева, Д. Т. Зубкова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2024. — № 5.1 (79.1). — С. 41-44.

9. Чуб В. В. Влияние различных источников света на рост и развитие растений / В. В. Чуб, О. Ю. Миронова // Роль ботанических садов и дендрариев в сохранении, изучении и устойчивом использовании разнообразия растительного мира : Материалы Международной научной конференции, посвященной 85-летию Центрального ботанического сада Национальной академии наук Беларуси. В 2-х частях, Минск, Беларусь, 06–08 июня 2017 года. Том Часть 2. – Минск, Беларусь: Медисонт, 2017. – С. 148-151.

Приложение 1

Рабочий журнал наблюдений

Приложение 2

Фото эксперимента

Фиксировались значимые, видные изменения в ящиках

День 0

Корни на 27.11

Появление первых перьев на 30.11

Рост перьев на 01.12

Рост перьев на 03.12

Рост перьев и корней у лука под зеленым светом на 04.12

Рост перьев на 04.12

Рост перьев на 04.12

Рост перьев на 08.12

Рост перьев на 08.12

Рост перьев на 13.12

Рост перьев на 13.12

Рост перьев на 21.12

Рост перьев на 21.12